TWI824564B - 生物偵測裝置、生物偵測系統及生物偵測方法 - Google Patents

生物偵測裝置、生物偵測系統及生物偵測方法 Download PDF

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Abstract

本發明實施例提供一種生物偵測裝置。生物偵測裝置包括複數個畫素單元。畫素單元各包括基板、一或多對反射式次偏光單元以及複數個反應區。一或多對反射式次偏光單元設置於基板上。每對反射式次偏光單元中反射式次偏光單元的個別偏光角度間的絕對值差異為90°。反應區定義於一或多對反射式次偏光單元之上。反應區一對一對應至反射式次偏光單元。

Description

生物偵測裝置、生物偵測系統及生物偵測方法
本發明實施例是關於一種生物偵測裝置，特別是關於一種具有反射式次偏光單元的生物偵測裝置。
整合式感測裝置近來已普遍用於生物分析。使用這類應用時，會在如生物晶片的生物偵測裝置上放置生物或生化樣品。可透過螢光分子的激發或發射光譜及/或強度而報導生物反應或交互作用的現象，例如DNA定序與免疫螢光偵測。螢光分子可利用較短波長的激發光激發，並朝向光偵測器產生較長波長的發射光。可透過生物偵測系統的光偵測器來偵測及判斷螢光的光譜分布及強度。光偵測器也可整合至生物偵測裝置以形成生物感測器，因此，生物偵測系統可不包含光偵測器。
在生物偵測裝置演進的過程中，為了追求較低成本且達到較高的產能，生物偵測裝置上的畫素陣列密度一般藉由減少間隔寬度或孔洞節距(well pitch)而增加。然而，減少畫素陣列尺寸可能會導致相鄰孔洞之間的串擾，且可能無法精確地偵測各個單獨的螢光訊號，進而造成不準確的分析結果。
雖然現有的生物偵測裝置普遍符合它們的需求，但 並不是在所有方面皆令人滿意。因此，仍需要一種嶄新的生物偵測裝置並搭配嶄新的生物偵測系統及生物偵測方法。
根據本發明的一些實施例，提供一種生物偵測裝置。生物偵測裝置包括複數個畫素單元。畫素單元各包括基板、一或多對反射式次偏光單元以及複數個反應區。一或多對反射式次偏光單元設置於基板上。每對反射式次偏光單元中反射式次偏光單元的個別偏光角度間的絕對值差異為90°。反應區定義於一或多對反射式次偏光單元之上。反應區一對一對應至反射式次偏光單元。
根據本發明的一些實施例，提供一種生物偵測系統。生物偵測系統包括激發光源、前偏光元件、上述的生物偵測裝置。激發光源用以發出激發光。前偏光元件用以偏振激發光。生物偵測裝置用以接收偏振的激發光。
根據本發明的一些實施例，提供一種生物偵測方法。生物偵測方法包括以下步驟：提供上述的生物偵測系統；將生物樣品固定於生物晶片的反應區；進行第一偵測步驟以獲得第一螢光訊號，第一螢光訊號係來自固定於對應畫素單元中第一對反射式次偏光單元的第一反射式次偏光單元的反應區的生物樣品；進行第二偵測步驟以獲得第二螢光訊號，第二螢光訊號係來自固定於對應畫素單元中第一對反射式次偏光單元的第二反射式次偏光單元的反應區的生物樣品；以及結合第一螢光訊號與第二螢光訊號。
以下實施例中參照所附圖式提供詳細敘述。
10,20,30:生物偵測裝置
100A,100B,100C,100D,100E:畫素單元
102:基板
104A:第一對反射式次偏光單元
104B:第二對反射式次偏光單元
104C:第三對反射式次偏光單元
104D:第四對反射式次偏光單元
104A1,104A2,104B1,104B2,104C1,104C2,104D1,104D2:反射式次偏光單元
106:樣品隔離層
108:反應區
110:激發光源
112:激發光
112’:偏振激發光
112”:繞射偏振激發光
114:前偏光元件
116,126:透鏡
118:濾光元件
120:光偵測器
122:光電二極體
124:濾層
128:光吸收層
130:分光元件
132:發射光
200A,200B,200C:生物偵測系統
300,500:生物偵測方法
302,304,306,308,310,502,504,506,508,510,512,514,516,518:步驟
400A,400B:生物樣品
400AS:第二螢光訊號
400BS:第一螢光訊號
A-A’,B-B’:剖線
H1,H2,H3,H4:高度
搭配所附圖式閱讀後續的詳細敘述與範例將能更全面地理解本發明實施例，其中：第1A、2A與2C圖是根據本發明各種實施例的生物偵測裝置的剖面圖。
第1B、2B與2D圖是根據本發明各種實施例的生物偵測裝置的上視圖。
第3A-3B與4A-4B圖是根據本發明各種實施例的生物偵測系統的剖面圖。
第5A-5D圖是根據本發明各種實施例的畫素單元的上視圖，畫素單元具有不同排列方式的多對反射式次偏光單元。
第6A圖是根據本發明的一些實施例的生物偵測方法流程圖。
第6B與6C圖是根據本發明的一些實施例，繪示出使用生物偵測系統來偵測生物樣品。
第7圖是根據本發明的其他實施例的生物偵測方法流程圖。
以下詳述本發明實施例的生物偵測裝置、生物偵測系統及生物偵測方法。為了說明的目的，以下實施方式中闡述許多特定細節與實施例以完整理解本發明實施例。以下實施方式中所述的特定元件與配置是用以清楚描述本發明實施例。然而，本文所述的例示性實施例顯然僅是為了說明而使用，本發明實施例的概念可以各種形式呈現而並非侷限於這些例示性實施例。
此外，為了清楚描述本發明實施例，不同實施例的圖 式可使用類似及/或相對應的數字，以表示類似及/或相對應的元件。然而，並不表示不同的實施例之間有任何關連。應能理解的是，此例示性實施例的敘述可配合圖式一併理解，本發明實施例之圖式亦被視為本發明實施例說明之一部分。圖式並未以實際裝置及元件之比例繪示。此外，結構及裝置是以示意之方式繪示，以簡化圖式。
此外，當述及「一膜層位於另一膜層上方(overlying)」、「一膜層設置於另一模層之上(above)」、「一膜層設置於另一模層上(on)」、「一膜層設置於另一模層上方(over)」可指的是膜層與其他膜層直接接觸之情形。或者，亦可能是膜層不與其他膜層直接接觸之情形，在此情形中，膜層與其他膜層之間設置有一或更多中間層。
應能理解的是，雖然本文可使用「第一」、「第二」、「第三」等用詞來敘述各種元件、組件、區域、膜層、及/或部分，這些元件、組件、區域、膜層、及/或部分不應被這些用詞限定。這些用詞僅是用來區別不同的元件、組件、區域、膜層、及/或部分。因此，以下討論的第一元件、組件、區域、膜層、及/或部分可在不偏離本發明實施例之教示下被稱為第二元件、組件、區域、膜層、及/或部分。
「約(about)」與「實質上(substantially)」之用詞通常表示在一給定值或範圍的10%之內，較佳是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，且更佳是0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」或「實質上」的情況下，仍可隱含「約」或「實質上」之含義。
除非另外定義，在此使用的所有技術及科學用語具 有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所通常理解的相同涵義。應能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本發明的背景或上下文一致的意思，而不應以理想化或過度正式的方式解讀，除非在本發明實施例有特別定義。
根據本發明的一些實施例，生物偵測裝置的畫素單元各包括一或多對反射式次偏光單元。每對反射式次偏光單元中反射式次偏光單元的個別偏光角度間的絕對值差異為90°。畫素單元中的反射式次偏光單元可在固定有生物樣品的反應區引發反射的繞射點，因而實現局部增強的效果以使得位在特定繞射點的生物樣品可產生足夠的發射光。此外，根據一些實施例，生物偵測系統包括可旋轉定向的(orientable by rotation)前偏光元件，可旋轉定向的前偏光元件可具有與任一反射式次偏光單元相同的偏光角度。以這樣的配置搭配多步驟的偵測方法，可減少相鄰反應區螢光訊號間的串擾，且可以較高的畫素陣列密度製造出生物偵測裝置。
第1A至1B圖是根據一些實施例的生物偵測裝置10的剖面圖與上視圖。應注意的是，第1A圖所示的生物偵測裝置10的剖面圖是沿著第1B圖中的剖線A-A’所截取。參照第1A與1B圖，生物偵測裝置10包括複數個畫素單元100A。畫素單元100A定義出1×2畫素陣列。畫素單元100A各包括基板102、第一對反射式次偏光單元104A與複數個反應區108。
基板102可包括任何合適的材料。在一些實施例中，基板102可為可撓式材料，例如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚醚碸(polyethersulfone,PES)、聚 醯亞胺(polyimide,PI)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、矽氧樹脂(silicone)、環氧樹脂(epoxy)或前述之組合。在其他實施例中，基板102可為剛性(rigid)材料，例如玻璃基板或藍寶石基板。再者，基板102可為透明的或半透明的。具體而言，在基板102為透明的實施例中，基板102的材料對波長介於400nm至750nm之間的光可具有大於85%的光穿透率，或較佳具有大於92%的光穿透率。在基板102為半透明的實施例中，基板102的材料對波長介於400nm至750nm之間的光可具有大於25%且小於85%的光穿透率。在一些特定的實施例中，基板102為透明的。
第一對反射式次偏光單元104A包括反射式次偏光單元104A1與104A2。本文所使用的「反射式」一詞指的是次偏光單元可傳送具有所欲偏振特性的入射光且可反射剩餘的入射光而不吸收剩餘的入射光。第一對反射式次偏光單元104A中的反射式次偏光單元104A1與104A2的偏光角度間的絕對值差異為90°。本文所使用的「偏光角度」一詞指的是以90°偏移的角度偏振或以與偏光角度垂直的角度偏振的光無法穿過具有此偏光角度的反射式次偏光單元。因此，當入射光(例如，激發光)以90°偏移的角度偏振或以與反射式次偏光單元的偏光角度垂直的角度偏振，偏振的入射光無法穿過反射式次偏光單元，因而從反射式次偏光單元反射。
根據一些實施例，反射式次偏光單元104A1與104A2可包括一層金屬線光柵(grating)。反射式次偏光單元104A1與104A2的金屬材料可為不透明的材料，例如鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)或前述之組合。在其他實施例中， 反射式次偏光單元104A1與104A2為經圖案化形成光柵結構的矽層。在一些實施例中，反射式次偏光單元104A1與104A2的光柵結構可具有約20nm至約500nm之間的厚度。在一些實施例中，反射式次偏光單元104A1與104A2的光柵結構可具有約20nm至約400nm之間的光柵週期。在一些實施例中，反射式次偏光單元104A1與104A2的光柵結構可具有約0.2至約0.8的填充比(或佔空比(duty cycle))。
應能理解的是，在下文實施例中所述的反射式次偏光單元可具有相似或相同的組成與厚度，將不再重複說明。
光柵脊(grating ridge)的方向性主要會影響偏振光的穿透百分比。詳細而言，當偏振光與反射式次偏光單元104A1或104A2的方向呈現平行、呈45°偏移或90°偏移時，穿過反射式次偏光單元的穿透光強度分別是最大值、約50%或最小值。因此，當激發光為與反射式次偏光單元呈90°偏移的偏振光時，反應區之下的反射式次偏光單元將阻擋激發光穿過反射式次偏光單元且將激發光反射至反應區的生物樣品。
除了反射式次偏光單元的偏光角度，阻擋效率的消光比(extinction ratio)也會受到光柵結構的薄膜厚度、光柵週期、光柵輪廓及填充比影響。Peng Li等人已於「Investigation of achromatic micro polarizer array for polarization imaging in visible-infrared band.”Optik,vol 158,April 2018,pp.1427-1435」中模擬使用厚度為160nm、填充比為0.5及週期為150nm的鋁線可達到104的消光比(相當於光學密度(optical density)為4)。在一些實施例中，具有大於3的光學密度以阻擋激 發光的光照明系統可足以用於生物感測應用。
如第1A與1B圖所示，根據一些實施例，第一對反射式次偏光單元104A中的反射式次偏光單元104A1與104A2可具有相同的光柵週期。如第1A與1B圖所示，反射式次偏光單元104A1與104A2係被繪示為具有相同的線條密度。
應注意的是，雖然僅繪示出一對反射式次偏光單元104A包含於每個畫素單元100A中，但不發明不以此為限。在其他實施例中，生物偵測裝置的畫素單元可各包括一對以上的反射式次偏光單元，例如2、3、4、6或更多對反射式次偏光單元，其配置方式將於以下內文及實施例中進行詳細討論。
反應區108定義於第一對反射式次偏光單元104A之上。如第1A與1B圖所示，反應區108及反射式次偏光單元104A1與A2為一對一的對應關係。亦即，反射式次偏光單元104A1之上定義有一個反應區108，且反射式次偏光單元104A2之上定義有一個反應區108。根據一些實施例，反應區108可形成為奈米孔(nanowell)或奈米圖案(nanopattern)的形式。反應區108是由形成於樣品隔離層106中的開口所定義，樣品隔離層106則形成於第一對反射式次偏光單元104A上。因此，反應區108的底表面也是形成於樣品隔離層106中的開口的底表面。
在一些實施例中，可修飾反應區108以提升生物樣品的固定效果。例如，在一些實施例中，可使用自組裝單層(self-assembly monolayer,SAM)、功能聚合物或水凝膠(hydrogel)來塗佈或處理樣品隔離層106以將生物樣品固定於反應區108。然而，在其他實施例中，可不修飾樣品隔離層106。生物樣品可根據其 重量、尺寸、表面電荷或凡得瓦力(Van der Waals force)等而固定於反應區108。
根據一些實施例，樣品隔離層106的材料可為透明的或半透明。具體而言，在樣品隔離層106為透明的實施例中，樣品隔離層106的材料對波長介於400nm至750nm之間的光可具有大於85%的光穿透率，或較佳具有大於92%的光穿透率。在樣品隔離層106為半透明的實施例中，樣品隔離層106的材料對波長介於400nm至750nm之間的光可具有大於25%且小於85%的光穿透率。
樣品隔離層106的材料可包括金屬、金屬合金、金屬氧化物、金屬氮化物、矽、氧化矽、氮化矽或前述之組合。在一些實施例中，金屬、金屬合金、金屬氧化物與金屬氮化物可包括，但不限於，銀(Ag)、鋁(Al)、金(Au)、鈮(Nb)、鈦(Ti)、鎢(W)、前述之合金、氧化鈦(例如，TiO2)、氧化鉭(例如，Ta2O5)、氧化鋁(例如，Al2O3)、氧化鈮(例如，Nb2O5)、氮化鈦、氮化鉭或前述之組合。
可利用濺鍍(sputtering)、蒸鍍(evaporation)、旋轉塗佈(spin-coating)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)、分子束沉積(molecular beam deposition)、任何其他合適的製程或前述之組合來形成樣品隔離層106。例如，化學氣相沉積可包括低壓化學氣相沉積(low-pressure CVD,LPCVD)、低溫化學氣相沉積(low-temperature CVD,LTCVD)、快速熱化學氣相沉積(rpaid thermal CVD,RTCVD)、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced CVD,PECVD)、原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)或前述之組合。
第2A與2B圖是根據一些實施例的生物偵測裝置20的剖面圖與上視圖。第2A與2B圖所示的生物偵測裝置20相似於第1A與1B圖所示的生物偵測裝置10，但生物偵測裝置20包括複數個畫素單元100B。畫素單元100B定義出2×2畫素陣列。應注意的是，第2A圖所示的生物偵測裝置20的剖面圖是沿著第2B圖中的剖線B-B’所截取。
參照第2A圖，畫素單元100B包括第一對反射式次偏光單元104A與第二對反射式次偏光單元104B。第一對反射式次偏光單元104A包括反射式次偏光單元104A1與104A2，且第二對反射式次偏光單元104B包括反射式次偏光單元104B1與104B2。在一些實施例中，如第2B圖所示，第一對反射式次偏光單元104A的反射式次偏光單元104A1與104A2可設置於畫素單元100B的對角線上。同樣地，第二對反射式次偏光單元104B的反射式次偏光單元104B1與104B2可設置於畫素單元100B的另一對角線上。
第一對反射式次偏光單元104A中反射式次偏光單元104A1與104A2的偏光角度間的絕對值差異為90°。第二對反射式次偏光單元104B中反射式次偏光單元104B1與104B2的偏光角度間的絕對值差異為90°。再者，根據一些實施例，如第2A與2B圖所示，畫素單元100B中所有反射式次偏光單元104A1、104A2、104B1與104B2可具有不同的個別偏光角度。
此外，在一些實施例中，相同的一對反射式次偏光單元中的兩個反射式次偏光單元可具有相同的光柵週期。具體而言，第一對反射式次偏光單元104A中的反射式次偏光單元104A1與104A2具有相同的光柵週期(如第2A與2B圖中所示具有相同線條 密度)，且第二對反射式次偏光單元104B中反射式次偏光單元104B1與104B2具有相同的光柵週期(如第2A與2B圖中所示具有相同線條密度)。然而，在一些實施例中，不同對的反射式次偏光單元中的反射式次偏光單元可具有不同的光柵週期。具體而言，第一對反射式次偏光單元104A中的反射式次偏光單元104A1及104A2具有與第二對反射式次偏光單元104B中的反射式次偏光單元104B1與104B2不同的光柵週期(如第2A與2B圖中所示具有不同線條密度)。
此外，根據一些實施例，對應相同一對的反射式次偏光單元中的反射式次偏光單元的反應區108可具有相同的高度。如第2A圖所示，本文提及的反應區108的高度係從反射式次偏光單元的頂表面測量至反應區108的底表面。第2A圖中，第一對反射式次偏光單元104A中的反射式次偏光單元104A1及104A2可分別具有高度H1與H3。高度H1與高度H3相同。同樣地，第二對反射式次偏光單元104B中的反射式次偏光單元104B1與104B2可分別具有高度H2與H4。高度H2與高度H4相同。然而，根據一些實施例，對應不同對的反射式次偏光單元中的反射式次偏光單元的反應區108可具有不同的高度。例如，第2A圖中，第一對反射式次偏光單元104A中反射式次偏光單元104A1及104A2的高度H1與H3與第二對反射式次偏光單元104B中反射式次偏光單元104B1與104B2的高度H2與H4不同。
反射式次偏光單元所引發的反射繞射點位置可取決於反射式次偏光單元之間的節距(pitch)、反射式次偏光單元的光柵週期、激發光的波長以及激發光的角度。可調整容置生物樣品的 反應區的高度，使得生物樣品可置於反射繞射點的位置。因此，可在反應區達到激發光局部增強的效果。於此同時，固定於沒有位在反射繞射點的反應區的生物樣品不會被照射到或被照射到較弱的光線，因此，這些生物樣品發出的發射光較弱。如此一來，可減少相鄰反應區螢光訊號之間的串擾。
此外，反射式次偏光單元的光柵結構的材料、填充因數(即，光柵寬度對光柵週期的比值)或高度可能會影響從反射式次偏光單元反射的激發光繞射效率。為了達到更好的局部增強效果，可調整反射式次偏光單元的光柵結構的材料、填充因數或高度。然而，本發明中反射式次偏光單元的光柵結構的材料、填充因數或高度沒有特別限定，只要反應區位在反射的繞射點即可。
第2C與2D是根據一些實施例的生物偵測裝置30的剖面圖與上視圖。第2C與2D圖所示的生物偵測裝置30相似於第2A與2B圖所示的生物偵測裝置20，但生物偵測裝置20與30中第一對與第二對反射式次偏光單元104A與104B的排列方式不同。詳細而言，在一些實施例中，如第2C與2D圖所示，第一對反射式次偏光單元104A的反射式次偏光單元104A1與104A2彼此鄰接(adjoin)，且第二對反射式次偏光單元104B的反射式次偏光單元104B1與104B2彼此鄰接。應能理解的是，反射式次偏光單元104A1、104A2、104B1與104B2的排列方式並非特別侷限於第2D圖所示，只要相同的一對反射式次偏光單元中的反射式次偏光單元彼此鄰接即可。
同樣地，如前文所述且如第2C圖所示，在這些實施例中，對應第一對反射式次偏光單元104A中的反射式次偏光單元 104A1與104A2的反應區108或對應第二對反射式次偏光單元104B的反射式次偏光單元104B1與104B2的反應區108可具有相同的高度。
第3A圖是根據一些實施例的生物偵測系統200A的剖面圖。參照第3A圖，生物偵測系統包括激發光源110、前偏光元件114與生物偵測裝置20。雖然第3A圖繪示出生物偵測裝置20包含於生物偵測系統200A中，但應能理解的是，可採用參照先前圖式的實施例中所述的生物偵測裝置10、20與30的任一者包含於生物偵測系統200A中，或者包含於參照後續圖式的其他實施例中所述的其他生物偵測系統。
激發光源110可用以發出激發光112。在一些實施例中，激發光源110可包括複數個次激發光源(未繪示)，且次激發光源可各發出具有單一激發光波長的激發光。在一些實施例中，次激發光源可輪流發出具有各種激發光波長的多個激發光。例如，具有不同激發光波長的次激發光源可依序發出激發光。或者，次激發光源可成組地發出激發光。在一些實施例中，激發光源110為單光儀(monochromator)，其連續發出從短波長到長波長(或從長波長到短波長)的光。例如，單光儀可發出波長介於約200nm至約1000nm的光。
前偏光元件114可用以偏振從激發光源110發出的激發光112。因此，生物偵測裝置20可接收由前偏光元件114所偏振的激發光112。根據一些實施例，前偏光元件114可為可旋轉定向的(orientable by rotation)，以使得前偏光元件114具有與每個畫素單元中一或多對反射式次偏光單元的任一反射式次偏光單元相同 的偏光角度。例如，可轉動前偏光元件114使其具有與反射式次偏光單元104A1相同的偏光角度，因而偏振的激發光可穿過反射式次偏光單元104A1但不會完全穿過反射式次偏光單元104A2、104B1與104B2。因此，沒有穿過反射式次偏光單元的剩餘偏振激發光可從反射式次偏光單元反射至位於對應這些反射式次偏光單元的反應區108的生物樣品並照射生物樣品。再者，反射的偏振激發光可在高度調整至可讓固定的生物樣品接收較高強度的反射偏振激發光的反應區產生反射的繞射點。
再次參照第3A圖，在一些實施例中，生物偵測系統200A可更包括透鏡116、光偵測器120與濾光元件118。透鏡116可為任何合適的光學透鏡。在一些實施例中，透鏡116為可調整至位於特定高度的焦點的可調焦透鏡(focus-tunable lens)。因此，在以穿過前偏光元件114的偏振激發光照射生物樣品之後，每次可收集固定於僅對應一對反射式次偏光單元的反應區的生物樣品所發出的發射光，前偏光元件114被轉動為具有與這些反應區下方的那對反射式次偏光單元中任一反射式次偏光單元相同的偏光角度。再者，反應區可具有與可調焦透鏡的焦點相同的高度。
例如，當前偏光元件114被轉動為具有與反射式次偏光單元104A1相同的偏光角度，且透鏡116被調整至位在第2A圖所示的高度H1或H3的焦點時，將僅收集到固定於對應反射式次偏光單元104A2的反應區108的生物樣品所發出的發射訊號。固定於對應第二對反射式次偏光單元104B的反應區108的生物樣品所發出的發射訊號將不會被收集到，因為可調焦透鏡的焦點所位在的高度H1或H3與第2A圖中所示的高度H2或H4不同，而高度H2或H4是固 定於對應第二對反射式次偏光單元104B的生物樣品所發出的發射訊號發生的位置。
光偵測器120可用以偵測發射光。光偵測器120可以是光電二極體或可將量測到的光線轉換成電流訊號的任何合適的光感測組件。在光偵測器120為光電二極體的實施例中，光偵測器120可連接至金屬氧化物半導體(metal-oxide-semiconductor,MOS)電晶體的源極與汲極(未繪示)，其可將電流傳送至另一組件，例如另一金屬氧化物半導體電晶體。另一組件可包括重置電晶體(reset transistor)、電流源極隨耦器(current source follower)或列選擇器(row selector)，以將電流轉變為數位訊號，但並非以此為限。
根據一些實施例，濾光元件118可為拒斥濾鏡(rejection filter)，其可過濾激發光而不讓激發光進入光偵測器120。在一些實施例中，濾光元件118可設置於如第3A圖中所示的透鏡116與光偵測器120之間的光徑上，但本發明並非以此為限。在其他實施例中，濾光元件118也可設置於生物偵測裝置20與透鏡116之間的光徑上。在一些實施例中，濾光元件118可包括吸收濾鏡、干涉濾鏡、電漿子超表面(plasmonic metasurface)結構、介電超表面結構或前述之組合。
根據本發明的實施例，生物偵測系統包括前述的生物偵測裝置與前偏光元件。生物偵測系統中的生物偵測裝置包括一或多對反射式次偏光單元。在每對反射式次偏光單元(例如，第3A圖中所示的第一對反射式次偏光單元104A或第二對反射式次偏光單元104B)中反射式次偏光單元(例如，第3A圖中所示的反射式次 偏光單元104A1與104A2或反射式次偏光單元104B1與104B2)的個別偏光角度間的絕對值差異為90°。此外，前偏光元件為可旋轉定向的，以使其具有與每個畫素單元中一或多對反射式次偏光單元的任一反射式次偏光單元相同的偏光角度。再者，當每個畫素單元包括一對以上的反射式次偏光單元，可使用可調焦透鏡以每次僅收集固定於對應一對反射式次偏光單元的反應區的生物樣品所發出的發射光，可調焦透鏡的焦點可調整至特定高度。對應這對反射式次偏光單元的反應區具有與可調焦透鏡的焦點相同的高度。如此一來，生物偵測系統可依序偵測固定於具有不同高度且對應不同反射式次偏光單元的反應區的生物樣品，且可結合生物樣品產生的螢光訊號以獲得完整且精確的分析結果。因此，可減少每張影像中相鄰反應區之間的串擾，進而得到較好的空間解析度，且也可以較高的畫素陣列密度來製造生物偵測裝置。
接著，參照第3B圖，第3B圖是根據一些實施例的生物偵測系統200B的剖面圖。第3B圖所示的生物偵測系統200B相似於第3A圖所示的生物偵測系統200A，但生物偵測系統200B使用反射式裝置來將激發光引導至生物偵測裝置20。
如第3B圖所示，在一些實施例中，生物偵測系統200B可更包括分光元件130，分光元件130作為可將激發光引導至生物偵測裝置20的反射式裝置。根據一些實施例，分光元件130可設置於透鏡116與濾光元件118之間的光徑上。在一些實施例中，分光元件130可包括分色濾鏡(dichroic filter，例如干涉濾鏡)，其對於小於580nm的短波長具有反射的特性且對於大於580nm的長波長具有穿透的特性。反射與穿透的截止波長可基於螢光分子的激 發及發射特性而改變。
由於偏振激發光112’與來自生物樣品的發射光132的光譜具有差異，分光元件130可使偏振激發光112’反射至生物偵測裝置20，且可使發射光132穿透。根據一些其他的實施例，分光元件130可包括具有50/50分光比的分光鏡(beam splitter)，但本發明並非以此為限。在又一些實施例中，分光元件130也可為具有50/50之外的分光比的分光鏡，例如為60/40或70/30。在一些實施例中，分光鏡可為立方(cube)分光鏡、板式(plate)分光鏡或薄膜(pellicle)分光鏡。
此外，在第3B圖所示的實施例中，前偏光元件114設置於激發光源110與分光元件130之間的光徑上，但本發明並非以此為限。根據其他實施例，前偏光元件114可設置於透鏡116與生物偵測裝置20之間的光徑上(未繪示)。
第4A與4B圖是根據各種實施例的生物偵測系統200C的剖面圖。參照第4A圖，第4A圖所示的生物偵測系統200C相似於第3A圖所示的生物偵測系統200A，但透鏡、光偵測器與濾光元件整合至生物偵測裝置30之中。如第4A圖所示，在一些實施例中，除了上述實施例中所示的生物偵測裝置10或20的元件外，生物偵測裝置30的畫素單元100C可更包括光電二極體122、濾層124與透鏡126。光電二極體122內嵌於基板102中。濾層124設置於光電二極體122上。透鏡126設置於濾層124及第一對與第二對反射式次偏光單元104A、104B之間。生物偵測裝置30的光電二極體122、濾層124與透鏡126的功能與材料分別相似或相同於第3A圖中生物偵測系統200A的光偵測器120、濾光元件118與透鏡116，於此不再重複 說明。
此外，在一些實施例中，生物偵測裝置30的透鏡126可以是可調焦透鏡。例如，可調焦透鏡可以是聲學可調整透鏡、液體曲率可調整透鏡或電性可調整透鏡，其焦距可利用機械式、液態或電性的方式調整。亦即，可調焦透鏡是用於以可控方式改變穿過可調焦透鏡的光束焦點位置的光學元件。聲學可調整透鏡是以液體填充並由聲波驅動的適應性光學元件，且電性可調整透鏡也是以液體填充但藉由施加不同電訊號而驅動的適應性光學元件。
參照第4B圖，根據一些實施例，生物偵測裝置30的畫素單元100C可各更包括光吸收層128。光吸收層128設置於濾層124與透鏡126之間。根據一些實施例，光吸收層128可包括吸收濾鏡。當濾層124為反射式濾鏡而不是吸收濾鏡時，光吸收層128可更設置於濾層124之上以吸收從濾層124反射的剩餘激發光。此外，光吸收層128係設計為不吸收生物樣品照光後產生的發射光(或螢光訊號)。
第5A-5D圖是根據各種實施例的畫素單元100D與100E的上視圖，畫素單元100D與100E具有不同排列方式的多對反射式次偏光單元。參照第5A圖，第5A圖中的畫素單元100D相似於第1A圖中的畫素單元100A或第2A圖中的畫素單元100B，但畫素單元100D包括3對反射式次偏光單元，即，第一對反射式次偏光單元104A、第二對反射式次偏光單元104B與第三對反射式次偏光單元104C。
如第5A圖所示，根據一些實施例，第一對反射式次偏光單元104A包括彼此相對設置的反射式次偏光單元104A1與 104A2。第二對反射式次偏光單元104B包括彼此相對設置的反射式次偏光單元104B1與104B2。第三對反射式次偏光單元104C包括彼此相對設置的反射式次偏光單元104C1與104C2。在相同的一對反射式次偏光單元中反射式次偏光單元的個別偏光角度間的絕對值差異為90°。例如，反射式次偏光單元104A1與104A2的個別偏光角度間的絕對值差異為90°，反射式次偏光單元104B1與104B2的個別偏光角度間的絕對值差異為90°，且反射式次偏光單元104C1與104C2的個別偏光角度間的絕對值差異為90°。
再者，在一些實施例中，在相同的一對反射式次偏光單元中的兩個反射式次偏光單元可具有相同的光柵週期。例如，如第5A圖中的線條密度所示，反射式次偏光單元104A1與104A2具有相同的光柵週期(亦即，第5A圖中的相同線條密度)，反射式次偏光單元104B1與104B2具有相同的光柵週期(亦即，第5A圖中的相同線條密度)，且反射式次偏光單元104C1與104C2具有相同的光柵週期(亦即，第5A圖中的相同線條密度)。
此外，如前文所述，在一些實施例中，對應相同的一對反射式次偏光單元中的反射式次偏光單元的反應區108可具有相同的高度。例如，對應反射式次偏光單元104A1與104A2的反應區108可具有相同的高度，對應反射式次偏光單元104B1與104B2的反應區108可具有相同的高度，且對應反射式次偏光單元104C1與104C2可具有相同的高度。
在一些實施例中，對應不同對反射式次偏光單元中的反射式次偏光單元的反應區108可具有不同的高度。例如，對應反射式次偏光單元104A1的反應區108可具有與對應反射式次偏光 單元104B1、104B2、104C1與104C2的反應區108不同的高度，對應反射式次偏光單元104B1的反應區108可具有與對應反射式次偏光單元104A1、104A2、104C1與104C2的反應區108不同的高度，且對應反射式次偏光單元104C1的反應區108可具有與對應反射式次偏光單元104A1、104A2、104B1與104B2的反應區108不同的高度。
根據一些實施利，反射式次偏光單元可以順時鐘方向排列，以相對於前一個反射式次偏光單元的偏光角度具有30°偏移的偏光角度。如第5A圖中所示，反射式次偏光單元104C2相對於反射式次偏光單元104A1的偏光角度可具有30°偏移的偏光角度。反射式次偏光單元104B2相對於反射式次偏光單元104C2的偏光角度可具有30°偏移的偏光角度。反射式次偏光單元104A2相對於反射式次偏光單元104B2的偏光角度可具有30°偏移的偏光角度。然而，本發明不以此為限。
在其他實施例中，在相同一對的反射式次偏光單元中的反射式次偏光單元可設置為彼此鄰接。如第5B圖所示，第一對反射式次偏光單元104A中的反射式次偏光單元104A1與104A2被設置為彼此鄰接，第二對反射式次偏光單元104B中的反射式次偏光單元104B1與104B2被設置為彼此鄰接，且第三對反射式次偏光單元104C中的反射式次偏光單元104C1與104C2被設置為彼此鄰接。透過將相同一對的反射式次偏光單元中具有相同高度的反射式次偏光單元設置成彼此靠近，可減少製造過程的複雜度。
接著，參照第5C與5D圖，第5C與5D圖中所示的畫素單元100E相似於第5A與5B圖中所示的畫素單元100D，但畫素 單元100E包括4對反射式次偏光單元，即，第一對反射式次偏光單元104A、第二對反射式次偏光單元104B、第三對反射式次偏光單元104C與第四對反射式次偏光單元104D。同樣地，在一些實施例中，如第5C圖所示，反射式次偏光單元可以順時鐘方向排列，以相對於前一個反射式次偏光單元的偏光角度具有22.5°偏移的偏光角度。在其他實施例中，如第5D圖所示，在相同一對的反射式次偏光單元中的反射式次偏光單元可設置為彼此鄰接。第5C與5D圖所示的實施例中反射式次偏光單元的排列概念相似於第5A與5B圖所示的實施例，於此不再詳細重複說明。
此外，在第5C與5D圖中，根據一些實施例，畫素單元100E中沒有設置反射式次偏光單元的空間可由前述的樣品隔離層填充，因此沒有形成反應區。
第6A圖是根據一些實施例的生物偵測方法300的流程圖，且第6B與6C圖是根據一些實施例繪示出使用生物偵測系統200D來偵測生物樣品400A與400B。參照第6A-6C圖，生物偵測方法300為使用第6B與6C圖中的生物偵測系統200D的兩步驟偵測方法，其中生物偵測系統200D包括生物偵測裝置10。
生物偵測方法300始於步驟302以提供將用於生物偵測系統200D中的生物偵測裝置10。接著，參照第6A圖的步驟304與第6B圖，將生物樣品400A與400B固定於反應區108。詳細而言，將含有生物樣品的適量溶液施於生物偵測裝置10。待含有生物樣品的溶液乾燥後，從反應區108之外的區域移除殘留過多的生物樣品，且生物樣品可固定於各個反應區108。第6B圖中，生物樣品400A指的是固定於對應畫素單元100A中第一對反射式次偏光單元104A的 反射式次偏光單元104A1的反應區108的生物樣品，且生物樣品400B指的是固定於對應畫素單元100A中第一對反射式次偏光單元104A的反射式次偏光單元104A2的反應區108的生物樣品。
在一些實施例中，生物樣品400A與400B可包括生物分子、化學分子或前述之組合，但並非以此為限。在一些實施例中，分物分子可包括DNA、RNA、蛋白質或前述之組合，但並非以此為限。根據一些實施例，可分析生物樣品400A與400B以判斷基因序列、DNA-DNA雜交(hybridization)、單核苷酸多型性(single nucleotide polymorphisms,SNP)、蛋白質的交互作用、胜肽的交互作用、抗原抗體間的交互作用、葡萄糖監測或膽固醇監測等。
接著，參照第6A圖的步驟306與第6B圖，進行第一偵測步驟以獲得生物樣品400B所發出的第一螢光訊號400BS，其中生物樣品400B固定於對應反射式次偏光單元104A2的反應區108。詳細而言，在一些實施例中，轉動前偏光元件114使其相對於反射式次偏光單元104A2的偏光角度具有90°偏移的的偏光角度。以穿過前偏光元件114與從反射式次偏光單元104A2反射的偏振激發光112’照射生物樣品400B。從反射式次偏光單元反射的偏振激發光112’成為「繞射偏振激發光112”」。於此同時，生物樣品400A被較少的偏振激發光112’照射，因為偏振激發光112’沒有從反射式次偏光單元104A1反射，且沒有任何繞射偏振激發光112”到達生物樣品400A所在的反應區108。因此，與生物樣品400B產生的螢光訊號相比，生物樣品400A產生出較弱的螢光訊號，進而避免串擾的問題。
根據一些實施例，可由從反射式次偏光單元在0階 (在反射式次偏光單元的法線方向)、1階、2階等的繞射而產生繞射偏振激發光112”。繞射偏振激發光112”在設計為具有特定高度的相鄰反應區108可產生局部增強的效果。除了偏振激發光112’，具有特定高度的相鄰反應區108可更接收到繞射偏振激發光112”，因此，可利用較高強度的激發光來照射固定於這些反應區108的生物樣品400B。如此一來，如第6B圖所示，以偏振激發光112’與繞射偏振激發光112”照射的生物樣品400B可產生具有較高強度的第一螢光訊號400BS。透鏡116可聚焦發散的第一螢光訊號400BS以達到較高的訊號強度，接著以光偵測器120偵測第一螢光訊號400BS。相反地，位於對應反射式次偏光單元104A1的反應區108的生物樣品400A沒有被繞射偏振激發光112”照射，因而產生出較弱的螢光訊號或甚至沒有產生螢光訊號。
接著，參照第6A圖的步驟308與第6C圖，進行第二偵測步驟以獲得生物樣品400A所發出的第二螢光訊號400AS，其中生物樣品400A固定於對應反射式次偏光單元104A1的反應區108。詳細而言，在一些實施例中，轉動前偏光元件114使其相對於反射式次偏光單元104A1的偏光角度具有90°偏移的的偏光角度。以穿過前偏光元件114與繞射偏振激發光112”照射生物樣品400A，因而產生第二螢光訊號400AS。透鏡116可聚焦發散的第二螢光訊號400AS以達到較高的訊號強度，接著以光偵測器120偵測第二螢光訊號400AS。同樣地，因為偏振激發光112’可穿過反射式次偏光單元104A2且不會從反射式次偏光單元104A2反射，位於對應反射式次偏光單元104A2的反應區108的生物樣品400B沒有被繞射偏振激發光112”照射。因此，生物樣品400B產生出較弱的螢 光訊號或甚至沒有產生螢光訊號，因而避免了相鄰的反應區108之間的串擾。
接著，參照第6A圖的步驟310，結合第一螢光訊號400BS與第二螢光訊號400AS以獲得來自生物樣品400A與400B的完整螢光訊號，進而完成生物偵測。詳細而言，可結合分別包括第一螢光訊號400BS與第二螢光訊號400AS的兩張影像，接著進行結合影像的分析以獲得完整的螢光訊號。或者，可分別分析包括第一螢光訊號400BS的影像與包括第二螢光訊號400AS的影像，接著結合來自兩張影像的結果。可藉由生物樣品的螢光訊號存在與否來分析前述的影像，或透過螢光訊號的螢光光譜來區別固定反應區108的不同分子。雖然第一偵測步驟與第二針測步驟的順序如前文所述，應能理解的是，可在第一偵測步驟之前進行第二偵測步驟。
第7圖是根據其他實施例的生物偵測方法500。第7圖中的生物偵測方法500相似於第6A圖中的生物偵測方法300，但使用第3A圖中的生物偵測系統200A或第4A圖中的生物偵測系統200C來進行生物偵測方法500。此外，在這些特定的實施例中，生物偵測系統200A的透鏡或生物偵測系統200C中生物偵測裝置30的透鏡126為可調焦透鏡。根據一些實施例，除了第一偵測步驟與第二偵測步驟，生物偵測方法500可更包括調整可調焦透鏡的焦平面以及進行第三偵測步驟與第四偵測步驟。
詳細而言，參照第3A、4A與7圖，在進行第一偵測步驟508與第二偵測步驟510之前，將可調焦透鏡的焦平面調整至反射式次偏光單元104B1與104B2的高度(第7圖中的步驟506)，使第3A圖中的光偵測器120或第4A圖中的光電二極體122得以在第一 偵測步驟508與第二偵測步驟510時擷取清晰的影像。
接著，進行第一偵測步驟508與第二偵測步驟510，以獲得固定於分別對應如反射式次偏光單元104B1與104B2的反應區108的生物樣品所發出的第一螢光訊號與第二螢光訊號。具體而言，在一些實施例中，第一偵測步驟508與第二偵測步驟510可包括轉動前偏光元件114使其分別相對於反射式次偏光單元104B1與104B2的偏光角度具有90°偏移的偏光角度。因此，在第一偵測步驟508中，可照射到固定於對應反射式次偏光單元104B1的反應區108的生物樣品，進而產生第一螢光訊號。在第二偵測步驟510中，可照射到固定於對應反射式次偏光單元104B2的反應區108的生物樣品，進而產生第二螢光訊號。
進行第一偵測步驟508與第二偵測步驟510之後，進行第7圖中的步驟512，以將可調焦透鏡的焦平面調整至反射式次偏光單元104A1與104A2的高度，使第3A圖中的光偵測器120或第4A圖中的光電二極體122得以在接下來的第三偵測步驟514與第四偵測步驟516時擷取清晰的影像。
接著，進行第三偵測步驟514與第四偵測步驟516以獲得固定於分別對應如反射式次偏光單元104A1與104A2的反應區108的生物樣品所發出的第三螢光訊號與第四螢光訊號。具體而言，在一些實施例中，第三偵測步驟514與第四偵測步驟516可包括轉動前偏光元件114使其分別相對於反射式次偏光單元104A1與104A2的偏光角度具有90°偏移的偏光角度。因此，在第三偵測步驟514中，可照射到固定於對應反射式次偏光單元104A1的反應區108的生物樣品，進而產生第三螢光訊號。在第四偵測步驟516中， 可照射到固定於對應反射式次偏光單元104A2的反應區108的生物樣品，進而產生第四螢光訊號。
參照第7圖的步驟518，完成第一偵測步驟508、第二偵測步驟510、第三偵測步驟514與第四偵測步驟516之後，結合第一螢光訊號、第二螢光訊號、第三螢光訊號與第四螢光訊號，以獲得固定於對應第3A圖中各畫素單元100B中或第4A圖中各畫素單元100C中所有的反射式次偏光單元104A1、104A2、104B1與104B2的反應區108的生物樣品所產生的完整螢光訊號，進而完成生物偵測。
應能理解的是，如前文所述且如第3A與4A圖所示，第一對反射式次偏光單元104A的反射式次偏光單元104A1與104A2的高度不同於第二對反射式次偏光單元104B的反射式次偏光單元104B1與104B2的高度。因此，第7圖中的步驟506與512將可調焦透鏡的焦平面調整至不同高度，因此，可在每個偵測步驟(第7圖中的步驟508、510、514或516)擷取到清晰的影像。
此外，根據一些實施例，生物偵測方法可包括4個以上的偵測步驟，例如6個偵測步驟(未繪示)，且可使用畫素單元包括3對反射式次偏光單元的生物偵測裝置(例如，第5A或5B圖中所示的畫素單元100D)來進行生物偵測方法。同樣地，生物偵測方法可更包括將可調焦透鏡的焦平面調整至不同高度，因為每對反射式次偏光單元的高度皆彼此不同。透過每次將可調焦透鏡的焦平面調整至特定高度，可在每個偵測步驟擷取清晰的影像，且在較少串擾的情況下獲得完整的生物資訊。
總結以上，根據本發明的一些實施例，生物偵測裝置 的畫素單元各包括一或多對反射式次偏光單元。每對反射式次偏光單元中反射式次偏光單元的個別偏光角度間的絕對值差異為90°。畫素單元中的反射式次偏光單元可在固定有生物樣品的反應區引發反射的繞射點，因而實現局部增強的效果以使得位在特定繞射點的生物樣品可產生足夠的發射光(或充足的螢光訊號)。此外，根據一些實施例，生物偵測系統包括可旋轉定向的前偏光元件，可旋轉定向的前偏光元件可具有與任一反射式次偏光單元相同的偏光角度。以這樣的配置搭配多步驟的偵測方法，可減少相鄰反應區螢光訊號間的串擾，且可以較高的畫素陣列密度製造出生物偵測裝置。
雖然已詳述本發明的一些實施例及其優點，應能理解的是，在不背離如本發明之保護範圍所定義的發明之精神與範圍下，可作各種更動、取代與潤飾。例如，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應能輕易理解在不背離本發明的範圍內可改變此述的許多部件、功能、製程與材料。再者，本申請的範圍並不侷限於說明書中所述之製程、機器、製造、物質組成、方法與步驟的特定實施例。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可從本發明輕易理解，現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、方法或步驟，只要可以與此述的對應實施例實現大抵相同功能或達成大抵相同結果者皆可根據本發明實施例使用。因此，本發明之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、方法或步驟。
10:生物偵測裝置 100A:畫素單元 102:基板 104A:第一對反射式次偏光單元 104A1,104A2:反射式次偏光單元 106:樣品隔離層 108:反應區

Claims (14)

  1. 一種生物偵測裝置，包括：複數個畫素單元，其中該些畫素單元各包括：一基板；一或多對反射式次偏光單元，設置於該基板上，其中每對反射式次偏光單元中該些反射式次偏光單元的個別偏光角度間的絕對值差異為90°；複數個反應區，定義於該一或多對反射式次偏光單元之上，其中該些反應區一對一對應至該些反射式次偏光單元；一光電二極體，內嵌於該基板中；一濾層，設置於該光電二極體上；以及一透鏡，設置於該濾層與該一或多對反射式次偏光單元之間。
  2. 如請求項1所述之生物偵測裝置，其中對應至相同的一對反射式次偏光單元中的該些反射式次偏光單元的該些反應區具有相同的一高度，該高度係從該些反射式次偏光單元的頂表面測量至該些反應區的底表面，且其中對應至不同對的反射式次偏光單元中的該些反射式次偏光單元的該些反應區具有不同的一高度，該高度係從該些反射式次偏光單元的頂表面測量至該些反應區的底表面。
  3. 如請求項1所述之生物偵測裝置，其中每個畫素單元中該一或多對反射式次偏光單元的所有反射式次偏光單元具有不同的個別偏光角度，且其中相同的一對反射式次偏光單元中的兩個該些反射式次偏光單元具有相同的光柵週期。
  4. 如請求項1所述之生物偵測裝置，其中該些反應區係形成為奈米孔(nanowell)或奈米圖案(nanopattern)的形式，且其中該基板為一透明基板。
  5. 如請求項1所述之生物偵測裝置，其中該透鏡為一可調焦透鏡(focus-tunable lens)。
  6. 如請求項1所述之生物偵測裝置，其中該些畫素單元各更包括一光吸收層，該光吸收層設置於該濾層與該透鏡之間。
  7. 一種生物偵測系統，包括：一激發光源，用以發出一激發光；一前偏光元件，用以偏振該激發光；以及如請求項1所述之生物偵測裝置，用以接收該偏振的激發光。
  8. 如請求項7所述之生物偵測系統，其中該前偏光元件為可旋轉定向的(orientable by rotation)，以使得該前偏光元件具有與每個畫素單元中該一或多對反射式次偏光單元的任一反射式次偏光單元相同的一偏光角度。
  9. 如請求項7所述之生物偵測系統，更包括：一透鏡，用以聚焦收集一發射光，該發射光係來自固定於該生物偵測裝置的該些反應區的一生物樣品；一光偵測器，用以偵測該發射光；以及一濾光元件，用以過濾進入該光偵測器的該激發光。
  10. 如請求項7所述之生物偵測系統，更包括一分光元件，該分光元件用以將該激發光引導至該生物偵測裝置。
  11. 一種生物偵測方法，包括：提供如請求項8所述之生物偵測系統； 將生物樣品固定於該生物偵測裝置的該些反應區；進行一第一偵測步驟以獲得一第一螢光訊號，該第一螢光訊號係來自固定於對應該些畫素單元中第一對反射式次偏光單元的第一反射式次偏光單元的該些反應區的該些生物樣品；進行一第二偵測步驟以獲得一第二螢光訊號，該第二螢光訊號係來自固定於對應該些畫素單元中該些第一對反射式次偏光單元的第二反射式次偏光單元的該些反應區的該些生物樣品；以及結合該第一螢光訊號與該第二螢光訊號。
  12. 如請求項11所述之生物偵測方法，其中：該第一偵測步驟包括：轉動該前偏光元件，使得該前偏光元件的偏光角度相對於該些第一反射式次偏光單元的偏光角度為90°偏移；以及以該激發光照射固定於對應該些第一反射式次偏光單元之該些反應區的該些生物樣品，其中該激發光穿過該前偏光元件且從該些第一反射式次偏光單元反射；以及該第二偵測步驟包括：轉動該前偏光元件，使得該前偏光元件的偏光角度相對於該些第二反射式次偏光單元的偏光角度為90°偏移；以及以該激發光照射固定於對應該些第二反射式次偏光單元之該些反應區的該些生物樣品，其中該激發光穿過該前偏光元件且從該些第二反射式次偏光單元反射。
  13. 如請求項11所述之生物偵測方法，更包括：進行一第三偵測步驟以獲得一第三螢光訊號，該第三螢光訊號係來自固定於對應該些畫素單元中第二對反射式次偏光單元的第三 反射式次偏光單元的該些反應區的該些生物樣品；進行一第四偵測步驟以獲得一第四螢光訊號，該第四螢光訊號係來自固定於對應該些畫素單元中該些第二對反射式次偏光單元的第四反射式次偏光單元的該些反應區的該些生物樣品；以及結合該第一螢光訊號、該第二螢光訊號、該第三螢光訊號與該第四螢光訊號。
  14. 如請求項13所述之生物偵測方法，其中：該第三偵測步驟包括：轉動該前偏光元件，使得該前偏光元件的偏光角度相對於該些第三反射式次偏光單元的偏光角度為90°偏移；以及以該激發光照射固定於對應該些第三反射式次偏光單元之該些反應區的該些生物樣品，其中該激發光穿過該前偏光元件且從該些第三反射式次偏光單元反射；以及該第四偵測步驟包括：轉動該前偏光元件，使得該前偏光元件的偏光角度相對於該些第四反射式次偏光單元的偏光角度為90°偏移；以及以該激發光照射固定於對應該些第四反射式次偏光單元之該些反應區的該些生物樣品，其中該激發光穿過該前偏光元件且從該些第四反射式次偏光單元反射；以及該些第一反射式次偏光單元、該些第二反射式次偏光單元、該些第三反射式次偏光單元與該些第四反射式次偏光單元的偏光角度彼此不同。
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